材料科学基础真题版

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1.在晶格常数为a的面心立方晶胞中,画出{111}晶面族的全部晶面并标出各自的晶面指数,计算面间距。〔12′

2.晶粒直径为50um,若在晶界萌生位错所需要的应力约为G/30,晶粒中部有位错源,问要多大的外力才能使晶界萌生位错？〔13′

3.含碳量为百分之3.5的铁－碳合金,在室温时由哪两个相组成？各占的重量百分数是多少？并计算室温时珠光体和莱氏体的百分含量。〔12′

4.再结晶后的晶粒大小如何计算?与哪些因素有关？为何多数金属材料再结晶后晶粒尺寸随预定形变量的关系会在百分之10变形量附近出现一个峰值？〔13′

5.材料发生蠕变时通常符合

的指数定律,对于同一种材料讨论说明式中的n会不会随试验温度变化？试验测定n值的目的是什么？在例如800摄氏度的试验温度下,金属材料和陶瓷材料的n值由什么不同？〔13′

6.什么是电子的分子轨道？为什么有的同类原子会形成分子？有的同类原子不形成分子？是否原子间核外电子越多,形成的分子就轨道越多？是否形成的分子轨道越多,形成的分子的结合键就越强？回答问题并给予简单讨论。〔12分

7.解释名词

〔1复合强化〔2晶界偏析〔3应变疲劳〔4扩散激活能

〔20′

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1.画出面心立方体的〔111和〔100面,计算面间距和面密度。证实晶面的间距越大,原子面密度越高。〔15′

2.假定一块钢进行热处理时,加热到850摄氏度后,快冷到室温,铁中空位的形成能是104Kj/mol,R=8332J/Kmol.。试计算,从20摄氏度加热到850摄氏度以后,空位的数目应当增加多少倍？扼要解释快速淬冷到室温后,这些"额外"的空位会出现什么情况？如果缓慢冷却呢？〔12′

3.三元相图中含有液相的四相区有哪几种形状？请分别画出并标出四个相的位置和进入与离开四相区的液相成分随温度变化的投影线,写出对应的各四相反应的表达式。讨论四相区零自由度的含意。〔13′

4.课本第153页习题第2题。〔15′

5.比较共价键,离子键,和金属键的不同点,解释产生这三种化学键各自的主要原因,另外讨论为什么通常共价键晶体的密度比其他两种键的晶体的密度低?<13′>

6.〔1.如果不考虑畸变能,第二相粒子在晶内析出是何形态？在晶界析出呢？〔2如果不考虑界面能,析出物为何形态？是否会在晶界优先析出呢？〔12′

7.解释名词

〔1相变增韧〔2复合强化〔3断裂增韧<4>再结晶〔20′

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1.当两个反号垂直相隔数个原子距离〔B的刃位错相互滑移成为一列,写出计算滑移力随水平相互距离x的表达式,试分析相互滑移作用力的变化过程？另外,图示解释,当两位错成为垂直一列时,位错间将形成什么缺陷？当B值很大时呢？〔18分

2.已知金属铱是面心立方结构,原子量是192.2g/mol,密度是22.4g/cm3,请计算铱的原子半径。〔16分

3.铁的界面能是0.78J/m2,若夹杂物a>在铁的晶界上形成球状夹杂的二面角为80°,b沿铁的晶界面分布,分别求铁和夹杂物间的界面能。〔16分

4.在百分之15体积分数碳化硅颗粒强化的铝基复合材料中,当塑性变形百分之0.1时,碳化硅是不发生塑性变形的,只有铝基体被变形。如果,

碳化硅粒子的半径为1.2um,铝中位错b矢量为3×10－4um,此时在粒子前沿将塞积4条位错,如何计算〔提示：粒子无法进行与基体等量的塑性变形将导致相应量的位错在其前沿塞积？铝的屈服应力为200Mpa,问此时碳化硅粒子中受多大的力？此时复合材料的强度是多少？〔18分

5.写出图中立方晶系的晶面指数,写出所属面族的其他所有晶面。〔会标晶面指数<18分>

6.下图是AL-Nd二元相图,只有单相区标了出来,请指出所有的共晶,共析,包晶和异晶〔成分不变只有晶体结构转变转变的成分位置和转变温度,并写出它们各自的降温转变的反应式。〔图类似于课本P245图8－31

7.奥氏体向珠光体转变符合Avrami公式y=1-exp<-ktn>,按照下表给出的试验数据,计算转变百分之95所需要的时间：

转变数量

需要时间〔s

百分之20

12.6

百分之80

28.2

〔20分

8.解释名词

〔1扩散系数〔2成分过冷〔3再结晶

〔4布里渊区〔28分

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1.会标晶向指数。

〔15分

2.〔15分为什么单相金属的晶粒形状在显微镜下多为六边形？

3.〔15分金属中的自由电子为什么对比热贡献很小却能很好的导电？

4〔15分已知：空位形成能是1.08ev/atm,铁的原子量是55.85g/mol,铁的密度是7.65g/cm3,NA=6.023*1023,K=8.62×10-5ev/atom-K,请计算1立方米的铁在850°C下的平衡空位数目。

5.〔15分在面心立方晶体中,在〔1-11面上,有柏氏矢量为a/2[-101]的刃位错运动,在〔11－1面上有柏氏矢量为a/2[1－10]的刃位错运动,当它们靠近时是否稳定？有什么变化？说明之。

6.〔15分<1>用晶向和晶面指数的组合写出面心立方,体心立方及密排六方金属的全部滑移系。〔2在面心立方晶体的单位晶胞中画出一个滑移系,并标出晶面晶向指数。

7〔15分为什么材料有时会在其屈服强度以下的应力载荷时失效？如何防止？如何进行容器只漏不断的设计？

8.〔15分根据如下给出的信息,绘制出A和B组元构成的600摄氏度到1000摄氏度之间的二元相图：A组元的熔点是940摄氏度；B组元在A组元中的溶解度在所有温度下为零；B组元的熔点是830摄氏度,A在B中的最大溶解度是700摄氏度为百分之12；600摄氏度以下A在B中的溶解度是百分之8；700摄氏度时在成分点A－百分之75B有一个共晶转变；755摄氏度时在成分点A－百分之40B还有一个共晶转变；在780摄氏度时在成分点A－百分之49B有一个稳定金属间化合物凝固发生；在755摄氏度时成分点A－百分之67B有另一个稳定金属间化合物凝固反应。

9〔10分为什么在正温度梯度下合金结晶时也会发生枝晶？凝固时合金液体中成分船头波的区域尺寸对枝晶有什么影响？另外,何种情况下发生胞状结晶组织？

10.〔20分解释名词

〔1扩散系数〔2珠光体〔3再结晶〔4位错割阶

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1〔15分名词解释

空间点阵

间隙相

成分过冷

反应扩散

连续脱溶

2〔20分判断题

<1>属于同一种空间点阵的晶体可以具有不同的晶体结构

〔2一个位错环不可能处处都是螺位错,也不可能处处都是刃位错。

〔3致密度高的密排金属作为溶剂形成间隙固溶体时,其溶解度总比致密度低的金属小。

〔4非共晶成分的合金,经较快冷却而形成的全部共晶组织称为伪共晶。

〔5液态金属结晶时,形成临界晶核时体积自有能的减少只能补偿新增表面能的1/3.

〔6单晶体的临界分切应力主要取决于晶体的类型及纯度,而与外力的大小和取向无关。

〔7强化金属材料的各种手段,其出发点都在于制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍。

〔8一般情况下,高纯金属比工业纯度金属更容易发生再结晶。

〔9纯金属经同素异构转变后,会产生组织和结构方面的变化。

〔10调幅分解过程中发生溶质原子的上坡扩散。

3.黄铜是一种Cu-Zn合金,可由于蒸发而失去锌,〔锌的沸点低达900°C.。设经900摄氏度10分钟处理后,在深度1mm处合金的性能将发生某种变化,如果只能容许在0.5mm处的性能发生这一程度的变化,那么这种合金在800摄氏度能停留多长时间？〔已知锌在铜中的扩散激活能Q＝20000R

<15分>

4.下图中给出两个纯螺型位错,其中一个含有一对扭折,另一个含有一对割阶,图中箭头方向为位错线的正方向,问：

〔1这两对位错线何者为扭折,何者为割阶？它们属于什么类型位错？

〔2假定图上所示的滑移面为面心立方晶体的〔111面,问哪一对位错线可以通过自身的滑动而消除,说明理由。

〔3含有割阶的螺位错在滑移时是怎样形成空位的？

〔4指出各位错中多余半原子面的位置。

〔注：一定要把位错部分吃透

5.下图是-A-B-C三元相图富A角的投影图

〔1说明E点是什么四相反应？写出它的反应式,并说明判断依据。

〔2什么成分合金的结晶组织是〔忽略二次相

a>

a+<a+AmBn+AjCk>

b>

<a+AmBn>+<a+AmBn+AjCk>

注：图不好画,只要把三元相图搞明白就可以了。

6.〔1假设原子为钢球,直径不因晶体结构改变而改变,计算从r-Fe转变为a-Fe的体积膨胀率。

〔2用x射线测得912摄氏度时r-Fe和r-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm。计算r-Fe转变为r-Fe的体积膨胀率。

〔3比较〔1〔2结果,说明原子半径随配位数改变的规律。

为了区分两种弄混的碳钢,工作人员分别截取了A,B两块试样,加热至850摄氏度保温后,以极缓慢的速度冷至室温,观察金相组织,结果如下：

A试样的先共析铁素体面积时百分之41.6,珠光体的面积是百分之58.4,B试样的二次渗碳体面积是百分之7.3,珠光体面积是百分之92.7。

设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体中的含碳量为零,试求A,B两种碳钢的含碳量。

8.Cu为面心立方结构,x射线测定的点阵常数a=0.3615nm,

〔1按钢球密堆模型计算最近邻原子中心距离是多少？以任何以原子为中心,这样距离的原子数目是多少？

〔2在一个晶胞内画出一个能发生滑移的晶面,并标出指数。

〔3在所画晶面上指出一个可滑移的晶面,并标出指数。

〔4若铜晶体表面恰平行于〔001面,当在[001]晶向施加应力,使所有滑移面上均发生滑移时,图示在表面上可能看到的滑移线痕迹。

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1.名词解释

晶带

上坡扩散

不连续脱熔

加工硬化

伪共晶

2.T＝0K时,金属中的自由电子有没有热振动？为什么？

3.在立方晶体中画出以下晶面和晶向：[112],[－210],〔102

〔11－2

4.在面心立方晶体中,同一个〔111面上的两个位错a/2[00-1]和a/2[-110]在相互靠近时是否稳定？将发生什么变化？写出位错反应。

5.a,b,c三个相相交与一个三叉结点,a相所张的二面角为82°,b相所张的二面角为110°,ab表面能为0.3J/m2,求ac和bc表面能。

6.分别列出对纯金属和合金可能采取的强化机制。

7.Al-Mn相图如图所示,写出相图中的全部恒温转变反应式及类型。

〔图类似于P245图8－31,会这种类型的题目

8.850摄氏度渗碳与950摄氏度渗碳相比,优点是热处理后产品晶粒细小。

a>计算上述两个温度下碳在r-Fe中的扩散系数,已知D0=2.0*10-5m2/sQ=140*103J/mol.。

b850摄氏度渗碳需用多长时间才能获得950摄氏度渗碳5小时的渗层厚度〔不同温度下碳在r-Fe中的溶解度的差别可忽略

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1.名词解释

固溶体

点阵

晶格摩擦力

扩展位错

同素异形转变

2.证明晶面〔-210,〔-110〔012属同一晶带,其晶带轴指数是什么？

3.如何解释等温与绝对零度下电子平均动能十分相近的原因。

4.举出两个由长程扩散控制长大的实例。

5.为何过饱和固溶体适当固溶处理后强度比室温平衡组织高？

6.〔1已知Zn在Cu中扩散时,D=2.1x10<-5>m2/s,Q=1.71x10<5>J/mol求820℃时在中的扩散系数

〔2讨论影响金属材料扩散的因素。

7.冷加工金属加热时发生回复过程中位错组态有哪些变化？

8.Al-Cu相图可简化为Tm=660℃,共晶温度TE=546℃,Cu在Al中最大溶解度C<Cu>=5.65%,

共晶成分CE=33%,液固相线为直线,若液相中Cu扩散系数D2=3x10<-9>m2/s,合金在无对

流条件下凝固,界面为平面,推移速度5um/s,那么C<Cu>=5%的Al-Cu合金在平衡稳压下凝

固时临界温度是到少？溶质溶解的特征距离多大？为保持平

面界面,液相温度梯度应多大？

答案提示：2.由晶面指数列等式

3.课本55页

4.a-Fe----r—Fe,

Al合金中第二相析出

5.共格亚稳相产